Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

Таким образом, методом высокотемпературной эффузионной масс-спектрометрии Кнудсена исследованы состав паров и парциальные давления паров над образцами в системах Gd2O3-ZrO2 и Gd2O3-HfO2. Пары GdO, ZrO, ZrO 2 , HfO и O идентифицированы при температуре 2600 К. Определены активности компонентов и избыточные энергии Гиббса в исследуемых бинарных системах, причем наблюдались значительные отрицательные отклонения от идеального поведения. Полученные термодинамические данные рассматривались также с использованием результатов моделирования активностей компонентов на основе обобщенной решеточной теории ассоциированных растворов (ОРТАР). Оптимизация термодинамических свойств, найденных в бинарных системах Gd 2 O 3 -ZrO 2 и Gd 2 O 3 -HfO 2 , продемонстрировала справедливость параметров, полученных ранее в расчетах для систем, содержащих Gd2O3, ZrO 2 и HfO 2 . Показано также разумное согласие оптимизированных и экспериментальных термодинамических данных в рассматриваемых бинарных системах. Проиллюстрирована корреляция концентрационных зависимостей относительного числа связей разного типа при учете второй координационной сферы и избыточных энергий Гиббса в исследованных системах. Таким образом, найденные в настоящей работе надежные подгоночные параметры для описания термодинамического поведения систем Gd 2 O 3 -ZrO 2 и Gd 2 O 3 -HfO 2 в рамках модели ОРТАР могут быть использованы для дальнейшего моделирования термодинамических свойств и фазовых диаграмм многокомпонентных систем, содержащих Gd2O3, ZrO 2 и НГО 2 , с использованием подхода CALPHAD. Исследование трехкомпонентных систем Sm 2 O 3 -ZrO 2 -H fO 2 и Gd 2 O 3 -ZrO 2 -H fO 2 П ерспективным направлением разработки м атериалов для использования в качестве вы сокоэфф ективных теплозащ итных покрытий является исследование трехкомпонентных керамических материалов, содержащих оксиды редкоземельных элементов. В настоящей работе были исследованы системы Sm2O3-ZrO2-HfO2 и Gd2O3-ZrO2-HfO2 [7-9]. Керамика на основе системы Sm2O3-ZrO2-HfO2 может найти применение для предотвращения деградации различны х м атериалов, подвергающихся воздействию неблагоприятных условий , незаменимых во многих областях промышленности и транспорта, в том числе в атомной энергетике для создания регулирующих стержней в водоохлаждаемых реакторах и для захоронения радиоактивных отходов. Однако при высоких температурах синтеза и применения этих материалов могут происходить нежелательные фазовые переходы, в том числе селективное испарение летучих компонентов. Это может привести к ухудшению механических свойств огнеупорной керамики, например, из-за изменения химического состава, трещины и деформации материала. Поэтому необходимо иметь достоверную информацию о температурах, начиная с которых начинается испарение компонентов из материала, и о фазовых превращениях при высоких температурах. Помимо непосредственного исследования фазовых равновесий в рассматриваемых системах, их можно рассчитать на основе значений термодинамических свойств компонентов этих систем в рамках подхода CALPHAD. Эта возможность особенно важна для высокотемпературного изучения многокомпонентных систем, в которых экспериментальные исследования фазовых равновесий при высоких температурах значительно затруднены. Основной целью проведенного исследования [7] являлось изучение термодинамических свойств системы Sm 2 O 3 -ZrO 2 -HfO 2 методом высокотемпературной масс-спектрометрии и сравнение полученных результатов с данными, рассчитанными полуэмпирическими методами. Были рассмотрены семнадцать образцов, что позволило изучить широкий диапазон концентраций и диапазон тем ператур , составляющий 2331-2530 К. В задачи исследования входило: 1) характеристика химического и фазового составов синтезированных образцов; 2) исследование процессов парообразования и термодинамических свойств при высоких температурах методом высокотемпературной масс-спектрометрии; 3) расчет значений избыточной энергии Гиббса в системе Sm2O3-ZrO2-HfO2 различными полуэмпирическими методами; 4) оптимизация значений термодинамических свойств в системе Sm 2 O 3 -ZrO 2 -HfO 2 на основе ОРТАР. Показано, что при температурах менее 2500 К основными парами над керамикой на основе системы Sm2O3-ZrO2-HfO2 являются SmO, Sm и O, соответствующие составу паров над чистым Sm2O3. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 27-35. Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 27-35. © Столярова В. Л., Ворожцов В. А., Соколова Т. В., 2023 30